[發明專利]滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統

在審

• 申請號: 202210077636.0
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114415881A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 王宏;岳再拓;李坦;蘭欽;李子陽;張波
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F3/04815
• 分類號: G06F3/04815;G06F21/31;G06F21/60;G06F21/62;G16Y10/65;G16Y20/10
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：該系統包括滑雪場環境要素感知模塊、VR滑雪模塊和云端實時鏈接模塊；滑雪場環境要素感知模塊負責感知真實滑雪場中的環境要素變化、接收云端指令以及將所采集的數據上傳至云端；VR滑雪模塊負責向云端上傳開始和停止采集數據的指令、實時接收云端轉發的環境要素數據并進行動態反饋，以及負責滑雪場景的數據實時顯示與場景渲染；云端實時鏈接模塊將服務器部署在云端，負責各模塊之間的連接與數據傳輸，采用C/S架構進行設計，同時使用SSL證書實現身份認證與加密通訊，確保數據傳輸的機密性與可靠性。

2.根據權利要求1所述的滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：所述云端實時鏈接模塊使相距較遠的滑雪場環境要素感知模塊和VR滑雪模塊通過互聯網進行互聯和數據共享；云端實時鏈接模塊數據傳輸采用SSL證書進行鑒別與加密，SSL證書協議分為兩層，包括握手協議和記錄協議；

握手協議用于在實際的動態環境要素數據傳輸開始前，客戶端與服務器第一次交互并通過數字證書進行身份驗證，身份確認無誤后，再協商加密方法；采用兩種加密算法RSA和AES，用AES算法對原始數據加密，再用RSA算法對AES加密；記錄協議是繼握手協議、確立安全通信之后才開始對文本內容加密并進行傳輸。

3.根據權利要求2所述的滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：所述記錄協議的具體過程為：

步驟1：服務器與客戶端雙方均生成一對RSA秘鑰，各自保管好私鑰，將公鑰給對方；

步驟2：服務器使用隨機函數生成AES加密要用的key；

步驟3：服務器使用上一步生成的key對要傳輸的數據用AES進行加密；

步驟4：服務器使用客戶端給的公鑰對生成的隨機Key進行加密；

步驟5：服務器將使用AES加密的數據以及使用客戶端給的公鑰加密的隨機key一起發送給客戶端；

步驟6：客戶端拿到服務器發送的數據后，先使用客戶端的私鑰對加密的隨機key進行解密，然后使用解密成功的隨機key對使用AES加密的數據進行AES解密，獲得最終的數據。

4.根據權利要求3所述的滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：所述滑雪場環境要素感知模塊包括數據采集端、數據接收端和5G無線網卡；數據采集端采集滑雪場各傳感器數據，數據接收端接收采集到的數據并對數據進行判斷，若數據發生改變，則使用5G無線網卡將處理后的數據上傳至云端。

5.根據權利要求4所述的滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：滑雪場各傳感器數據包括溫度、濕度、風速、風向和海拔高度，其中溫度、濕度、風速和風向使用滑雪場相對應的傳感器直接測得，海拔高度通過氣壓計間接獲取；

數據采集端包括Arduino主板和傳感器模塊，傳感器模塊包括風速傳感器模塊、風向傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊和氣壓計，傳感器模塊將其采集到的各模擬電壓連接至Arduino主板模擬輸入口，Arduino主板經過電壓換算后得到對應數據值；

數據接收端使用樹莓派，與Arduino主板進行串口通訊，同時使用USB轉TTL數據線獲得氣壓計數據，通過控制串口的開啟與關閉實現數據采集的開始和停止，樹莓派接收數據后并對數據進行判斷，若數據發生改變，則使用5G無線網卡將處理后的數據上傳至云端。

6.根據權利要求5所述的滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：所述VR滑雪模塊基于Unity3D引擎搭建VR滑雪場景，使用C#腳本編程與云端建立連接，從而與滑雪場環境要素感知模塊進行實時鏈接，將獲取到的實時信息與場景中的3D模型和對象模型進行關聯，通過改變場景的地形、聲音和滑行阻力實現VR場景的動態化。

7.根據權利要求6所述的滑雪場環境要素云端實時鏈接的元宇宙滑雪系統，其特征在于：所述VR滑雪模塊的整個設計階段包括VR滑雪場景的建立、與云端進行鏈接和虛擬滑雪系統動態反饋三部分；

所述VR滑雪場景的建立中，按照實際滑雪場地建模還原真實場地的地形數據以及動態環境要素，并進行VR虛擬場景演示；虛擬滑雪場景基于Unity3D引擎，并將所需模型素材拖入場景中，按照現實自由式滑雪場的比例、格局來擺放模型，并添加必要的地面環境、光源、天空盒和聲音來烘托場景的氛圍，通過C#語言進行腳本的開發，使用Oculus軟件和Steam中的Steam VR、VRTK組建虛擬現實軟件環境，再使用Oculus Rift實現虛擬滑雪系統畫面的3D成像；

所述與云端進行鏈接是指Unity 3D即客戶端通過編寫好的C#腳本實現和云端即服務器之間數據的傳輸；

所述虛擬滑雪系統動態反饋中，真實滑雪場環境要素數據通過云端傳輸至VR滑雪場景之后，將獲取的環境要素相關數據與靜態3D模型和對象模型進行關聯，通過改變VR滑雪場景的地形、聲音和滑行阻力，得到實時動態模型，并實時顯示對象模型所對應的實際參數；用戶通過虛擬滑雪場景體驗到動態環境要素的改變，通過VR設備和顯示屏進行觀察。